Лекция №7. Коммутационные электрические аппараты низкого напряжения

МОДУЛЬ №2. КОММУТАЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ

Кнопки управления служит для коммутации низковольтных электрических цепей. Они бывают одноцепные и двухцепные с замыкающими и размыкающими контактами. В большинстве случаев кнопки делаются с самовозвратом, т.е. при снятии механического давления их контакты возвращаются в исходное положение. На рис. 28 показана конструкция кнопки с двумя парами контактов: замыкающими и размыкающими.

Рис.28. Кнопка управления

Предохранители — это коммутационные аппараты, предназначенные для автоматического однократного отключения защищаемой цепи при КЗ или перегрузке. Отключение цепи осуществляется путем расплавления плавкой вставки, включенной в рассечку защищаемой цепи под действием тока, превышающего определенную величину.

Плавкие предохранители характеризуются следующими параметрами.

Номинальное напряжениеU _н.пр. - напряжение, указанное на предохранителе и соответствующее наибольшему напряжению сетей, в которых разрешается установка данного предохранителя.

Номинальный ток предохранителяI _н.пр. - при котором токоведущие и контактные части предохранителя нагреваются до допустимой температуры. Номинальный ток предохранителя всегда должен быть больше или равен номинальному току плавкой вставки, т.е. I _н.пр. ≥ I _н.вст .

Номинальный ток плавкой вставки I _н.вст- ток, выдерживаемый плавкой ставкой неограниченно долго.

Предельный ток отключения при данном напряжении I _пр.пр - наибольшее значение тока КЗ сети, при котором гарантируется надежная работа предохранителей, т. е. дуга гасится без каких-либо повреждений корпуса.

Защитная (время-токовая) характеристика предохранителя- это зависимость времени полного отключения τ _откл от отношения ожидаемого тока в цепи (тока КЗ или перегрузки) к номинальному току плавкой вставки

Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи, и дугогасительное устройство, гасящее дугу, возникающую после плавления вставки.

Процесс срабатывания предохранителя делится на несколько стадий: нагревание вставки до температуры плавления, плавление и испарение вставки, возникновение и гашение электрической дуги с восстановлением изоляционных свойств образующегося изоляционного промежутка.

Наиболее распространенные материалы плавких вставок – медь, цинк, алюминий, свинец и серебро. Вставки из цинка и свинца имеют низкую температуру плавления (419 ^оС и 327 ^оС), поэтому температура нагрева всего предохранителя при длительном прохождении номинального тока также не может быть большой. При плавлении на внешней поверхности цинка образуются прочные пленки окисла, внутри которых может находиться жидкий металл. В этих условиях после плавления вставки цепь тока не прерывается, и значение пограничного тока может оказаться неопределенным. Цинк имеет относительно высокий потенциал ионизации (9,4 электрон-вольт), что способствует гашению дуги. Цинк устойчив против коррозии, поэтому сечение плавких вставок из цинка в эксплуатации не изменяется, и их защитные характеристики остаются стабильными. Так как цинк и свинец имеют сравнительно высокое удельное электрическое сопротивление, поперечное сечение вставок из этих металлов оказывается значительным.

Медные вставки подвержены окислению, их сечение со временем уменьшается, токи и время срабатывания изменяются и перестают соответствовать заданным значениям. Покрытие медных вставок слоем олова (лужение) позволяет сохранить стабильность их сечения и характеристик. Серебряные вставки не окисляются и их характеристики наиболее стабильны. Но серебро дорого, поэтому его применяют лишь в особо ответственных случаях. Если необходимо получить большую выдержку времени предохранителя при нагрузках, следует применять плавкие вставки из цинка и свинца. Вставки из серебра и меди дают меньшие выдержки времени.

Алюминиевые плавкие вставки применяются в предохранителях в связи с острым дефицитом традиционных цветных металлов. Высокое сопротивление оксидных пленок на алюминии затрудняет осуществление надежного разъемного контакта. Толстая оксидная пленка образует тугоплавкую оболочку на поверхности вставки и затрудняет ее разрушение при плавлении токами короткого замыкания (жидкий металл удерживается в «трубке» из пленки). Но эти недостатки устранены и алюминиевые вставки нашли применение в предохранителях разработки последних лет.

По принципу устройства предохранители можно разделить на следующие виды: с открытой плавкой вставкой в воздухе; закрытые предохранители с наполнителем (засыпные); жидкометаллические и инерционные.

В закрытых предохранителях, выполненных в виде фибровой трубки, закрытой с концов латунными колпаками, гашение дуги осуществляется в результате повышения давления внутри трубки из-за разложения фибры. В засыпных предохранителях возникшая при плавлении вставок электрическая дуга тесно соприкасается с мелкими зернами наполнителя (кварцевый песок), интенсивно охлаждается, деионизируется и поэтому быстро гаснет.

Независимо от конструкции, работа предохранителя характеризуется так называемой защитной или время-токовой характеристикой, которая представляет собой зависимость времени плавления плавкой вставки от величины протекающего через нее тока. Общий вид такой характеристики представлен на рис. 29.

Рис.29. Согласование характеристик предохранителя и защищаемого объекта.

Предохранитель будет защищать лишь в том случае, если его защитная характеристика (кривая 1) располагается несколько ниже характеристики защищаемого объекта (кривая 2) при любом значении тока в цепи (рисунок 9). Однако реальная характеристика предохранителя (кривая 3) пересекает кривую 2. В области больших перегрузок (область Б) предохранитель защищает объект. В области А предохранитель объект не защищает.

При небольших перегрузках (1,5-2) I_н нагрев предохранителя протекает медленно. Большая часть тепла отдается окружающей среде. Для защиты от небольших перегрузок необходимо использовать другие устройства.

Ток, при котором плавкая вставка сгорает при достижении ею установившейся температуры, называется плавящим или пограничным током I_погр.

Различают нижнее и верхнее значения испытательного тока. Нижнее значение испытательного тока — это максимальный ток, который, протекая в течение 1 ч, не приводит к перегоранию предохранителя. Верхнее значение испытательного тока — это минимальный ток, который, проходя в течение 1 ч, плавит вставку предохранителя. С достаточной точностью можно принять пограничный ток равным среднеарифметическому испытательных токов.

Величина пограничного тока зависит от многих факторов, главнейшие из которых: конфигурация плавкой вставки, конструкция предохранителя. Длительность перегорания плавкой вставки существенным образом зависит от степени перегрузки. Так, при небольших перегрузках большое влияние на длительность перегорания оказывают массивность и степень поджатия контактов, температура и быстрота движения окружающего вставку воздуха, состояние поверхности, химический состав материала вставок.

Роль перечисленных факторов при токах короткого замыкания практически не сказывается на времени перегорания плавкой вставки.

Таким образом, защитная характеристика предохранителя представляет собой сложное явление, зависящее от целого ряда факторов, которые в большинстве случаев не поддаются точному учету. Поэтому единственный путь для получения действительной картины происходящих явлений – это путь эксперимента.

Предохранители серии ПР-2 (рис. 30) имеют закрытые разборные патроны без наполнителя, изготовляются на напряжение 220 В (габарит I) и напряжение 500 В (габарит II). Номинальные токи патронов 15 – 1000 А. Номинальные токи вставок 6 – 1000 А.

Трубчатый патрон предохранителя состоит из фибрового цилиндра 3, латунных втулок 4, имеющих прорезь для плавкой вставки 1, и латунных колпачков 5.

Плавкая вставка 1 изготовляется из цинка, стойкого против коррозии. Вставка выполняется в виде пластинки с вырезами, уменьшающими ее сечение на отдельных участках (рисунок 30, в). Такая конструкция вставки позволяет снизить время ее перегорания при протекании больших токов и, кроме того, повысить отключающую способность предохранителя в результате снижения количества паров металла в дуге при перегорании вставки (вставка перегорает лишь в суженных местах). В предохранителях с I_ном патрона 15 – 60 А латунные колпачки 5 являются контактными частями предохранителя, а у предохранителей с I_ном от 100 А и выше контактными частями являются медные ножи 2 (см. рисунок 30, б). Шайба 6, имеющая паз для ножа, предотвращает его поворот.

Рис.30. Предохранитель типа ПР-2.

Предохранители этого типа выпускаются на токи до 500 В переменного тока частотой 50 Гц. Предельно отключаемый ток составляет 60 кА.

Предохранители с наполнителем серии ПН-2 (рис.31) имеют номинальные токи патронов 40 – 600 А; номинальные токи вставок 6 – 600 А.

Рис.31. Предохранитель типа ПН-2.

Фарфоровая трубка 1, квадратная наружи и круглая внутри, имеет по углам четыре резьбовых отверстия в которые ввинчиваются винты, крепящие пластинки 5. К этим пластинкам винтами привинчены диски 4 с приваренными с одной стороны медными плавкими вставками 2 с оловянным растворителем 7, а с другой стороны – ножами 9. Для герметизации патрона под пластины 5 кладется асбестовая прокладка 6, что предохраняет песок от увлажнения. Плавкие вставки 2 имеют прямоугольное сечение с суженными участками 8 (от 1 до 5).

Перегоревшая плавкая вставка заменяется вместе с ножами. Патрон заполняется кварцевым песком 3 с размерами зерен от 0,2 до 0,4 мм. Влажность песка должна быть не более 3 %.

Предохранитель ПНБ-2 (Б - быстродействующий) имеет такую же конструкцию как ПН-2, но вставки у них серебряные и предназначены для защиты германиевых и кремниевых выпрямителей.

Предохранители работают бесшумно, практически без выброса пламени и газов, что позволяет устанавливать их на близком расстояния друг от друга.

Переключатели — это контактные коммутационные аппараты, предназначенные для переключения электрических цепей.

В распределительных устройствах до 1 кВ и в слаботочных цепях автоматики широкое применение получили пакетные переключатели и выключатели. На рис. 32 показан пакетный кулачковый выключатель. На основании выключателя укреплены два пакета /, //, внутри которых расположены по три полюса контактных систем. При повороте рукоятки 9поворачиваются вал 2и кулачок 3. Если шток 5попадает в выемку кулачка, то контакты 7, 8замыкаются под действием пружины 6.Если шток попадает на выступ кулачка, то контакты размыкаются. Возникшая дуга гасится в закрытом объеме герметизированного корпуса 4из изоляционного материала. Внешняя сеть подключается к выводам 1.

Рис. 32. Пакетный кулачковый выключатель

Пакетные переключатели имеют малые габариты, удобны в монтаже, исключается выброс пламени и газов. Контактная система позволяет управлять одновременно большим количеством цепей. Такими переключателями разрешается отключать номинальные токи.

Пакетные выключатели не обеспечивают видимого разрыва цепи, поэтому в некоторых цепях устанавливают рубильники.

Рубильники предназначены для ручного включения и отключения цепей постоянного и переменного тока до 1000 В. По конструкции различают одно-, двух- и трехполюсные рубильники.

На рис. 33 показан рубильник с рычажным приводом. Подвижный контакт-нож 3вращается в шарнирной стойке 4, создавая разрыв с неподвижным контактом 1. Дугогасительная камера 2обеспечивает гашение дуги. Ножи всех полюсов объединены изоляционньм валиком, движение которому передается тягой 5. Рукоятка монтируется на передней стороне шкафа, а контактная часть — внутри шкафа. Таким образом, операции с рубильником безопасны для персонала. Таким рубильником можно отключать номинальный ток в установках 380 В и 50% номинального тока в установках 500В.

Рис. 33. Рубильник с рычажным приводом

Автоматические выключатели предназначены для коммутации цепей при токах КЗ и перегрузке, а также для редких включений и отключений цепей в нормальном режиме.

В установках до 1 кВ применяются разнообразные по конструкции и назначению автоматические выключатели. Наиболее широкое применение получили автоматические выключатели серий ABM, AM, А-3700, Э.

Во всех автоматических выключателях имеются дугогасительные 1 и главные 2 контакты (рис. 34). Главные контакты (медь, серебро) имеют малое переходное сопро­тивление и могут длительно пропускать большие номи­нальные токи. Параллельно главным включены дугогасительные контакты, выполненные из металлокерамики.

Отключающий импульс по механической связи 6 воз­действует на рычаги 5 механизма свободного расщепле­ния, «ломает» их по шарнирному соединению О₂, и кон­тактный рычаг 3 под действием отключающей пружины 4 поворачивается против часовой стрелки. При этом отклю­чаются сначала главные, а затем дугогасительные контак­ты. Возникшая дуга под действием электродинамических сил втягивается в дугогасительную камеру с деионной решеткой из металлических пластин 9, где разделяется на ряд коротких дуг и гаснет. Включение выключателя осу­ществляется рукояткой 7 или электромагнитным приводом 8.

Рис. 34. Основные узлы автоматического вы­ключателя

В зависимости от типа автоматического выключателя отключающий импульс может создаваться электромагнитным расцепителем, реагирующим на токи КЗ, тепловым расцепителем, реагирующим на перегрузку, расцепителем, реагирующим на снижение напряжения. Возможно ди­станционное отключение от независимого расцепителя.

Автоматические выключатели изготовляются в стацио­нарном и выдвижном исполнении. Более подробно характеристики автоматических выключателей будут рассмотрены при выполнении курсовой работы.

Вопросы для самопроверки:

· Предохранители.

· Переключатели.

· Рубильники.

· Автоматические выключатели.

Дата добавления: 2014-01-20